Меню

Конденсатор расчет падения напряжения

Как рассчитать и подобрать гасящий конденсатор

В самом начале темы, относительно подбора гасящего конденсатора, рассмотрим цепь, состоящую из резистора и конденсатора, последовательно подключенных к сети. Полное сопротивление такой цепи будет равно:

Эффективная величина тока, соответственно, находится по закону Ома, напряжение сети делить на полное сопротивление цепи:

В результате для тока нагрузки и входного и выходного напряжений получим следующее соотношение:

Эффективная величина тока

А если напряжение на выходе достаточно мало, то мы имеем право считать эффективное значение тока приблизительно равным:

Эффективное значение тока

Однако давайте рассмотрим с практической точки зрения вопрос подбора гасящего конденсатора для включения в сеть переменного тока нагрузки, рассчитанной на напряжение меньшее стандартного сетевого.

Допустим, у нас есть лампа накаливания мощностью 100 Вт, рассчитанная на напряжение 36 вольт, и нам по какой-то невероятной причине необходимо запитать ее от бытовой сети 220 вольт. Лампе необходим эффективный ток, равный:

Эффективный ток 2,77 А

Тогда емкость необходимого гасящего конденсатора окажется равна:

Емкость необходимого гасящего конденсатора

Имея такой конденсатор, мы обретаем надежду получить нормальное свечение лампы, рассчитываем, что она по крайней мере не перегорит. Такой подход, когда мы исходим из эффективного значения тока, приемлем для активных нагрузок, таких как лампа или обогреватель.

Схема с конденсатором

Но что делать, если нагрузка нелинейна и включена через диодный мост? Допустим, необходимо зарядить свинцово-кислотный аккумулятор. Что тогда? Тогда зарядный ток окажется для батареи пульсирующим, и его значение будет меньше эффективного значения:

Определение тока

Иногда радиолюбителю может быть полезным источник питания, в котором гасящий конденсатор включен последовательно с диодным мостом, на выходе которого имеется в свою очередь конденсатор фильтра значительной емкости, к которому присоединена нагрузка постоянного тока. Получается своеобразный бестрансформаторный источник питания с конденсатором вместо понижающего трансформатора:

Бестрансформаторный источник питания с конденсатором вместо понижающего трансформатора

Здесь нагрузка в целом будет нелинейной, а ток станет уже далеко не синусоидальным, и вести расчеты необходимо будет несколько иначе. Дело в том, что сглаживающий конденсатор с диодным мостом и нагрузкой внешне проявят себя как симметричный стабилитрон, ведь пульсации при значительной емкости фильтра станут пренебрежимо малыми.

Когда напряжение на конденсаторе будет меньше какого-то значения — мост будет закрыт, а если выше — ток пойдет, но напряжение на выходе моста расти не будет. Рассмотрим процесс более подробно с графиками:

Читайте также:  Tr2 rx 650w нет напряжения

Графики процесса

В момент времени t1 напряжение сети достигло амплитуды, конденсатор C1 также заряжен в этот момент до максимально возможного значения минус падение напряжения на мосте, которое будет равно приблизительно выходному напряжению. Ток через конденсатор C1 равен в этот момент нулю. Далее напряжение в сети стало уменьшаться, напряжение на мосте — тоже, а на конденсаторе C1 оно пока не изменяется, да и ток через конденсатор C1 пока что нулевой.

Далее напряжение на мосте меняет знак, стремясь уменьшиться до минус Uвх, и в тот момент через конденсатор C1 и через диодный мост устремляется ток. Далее напряжение на выходе моста не меняется, а ток в последовательной цепочке зависит от скорости изменения питающего напряжения, словно к сети подключен только конденсатор C1.

По достижении сетевой синусоидой противоположной амплитуды, ток через C1 опять становится равным нулю и процесс пойдет по кругу, повторяясь каждые пол периода. Очевидно, что ток течет через диодный мост только в промежутке между t2 и t3, и величину среднего тока можно вычислить, определив площадь закрашенной фигуры под синусоидой, которая будет равна:

Определение величины среднего тока

Если выходное напряжение схемы достаточно мало, то данная формула приближается к полученной ранее. Если же выходной ток положить равным нулю, то получим:

Выходное напряжение схемы

То есть при обрыве нагрузки выходное напряжение станет равно амплитуде сетевого. Значит следует применять такие компоненты в схеме, чтобы каждый из них выдержал бы амплитуду напряжения питания.

Кстати, при снижении тока нагрузки на 10%, выражение в скобках уменьшится на 10%, то есть напряжение на выходе увеличится примерно на 30 вольт, если изначально имеем дело, скажем, с 220 вольтами на входе и с 10 вольтами на выходе. Таким образом, использование стабилитрона параллельно нагрузке строго обязательно.

Схема с конденсаторами

А что если выпрямитель однополупериодный? Тогда ток необходимо рассчитывать по такой формуле:

Средний ток

При небольших значениях выходного напряжения ток нагрузки станет вдвое меньшим, чем при выпрямлении полным мостом. А напряжение на выходе без нагрузки окажется вдвое большим, так как здесь мы имеем дело с удвоителем напряжения.

Читайте также:  Блоки бесперебойного питания с выходным напряжением 220в

Итак, источник питания с гасящим конденсатором рассчитывается в следующем порядке:

Первым делом выбирают, каким будет выходное напряжение.

Затем определяют максимальный и минимальный токи нагрузки.

Далее определяют максимум и минимум напряжения питания.

Если ток нагрузки предполагается непостоянный, стабилитрон параллельно нагрузке обязателен!

Наконец, вычисляют емкость гасящего конденсатора.

Для схемы с двухполупериодным выпрямлением, для сетевой частоты 50 Гц, емкость находится по следующей формуле:

Емкость конденсатора

Полученный по формуле результат округляют в сторону емкости большего номинала (желательно не более 10%).

Следующим шагом находят ток стабилизации стабилитрона для максимального напряжения питания и минимального тока потребления:

Ток стабилизации стабилитрона

Для однополупериодной схемы выпрямления гасящий конденсатор и максимальный ток стабилитрона вычисляют по следующим формулам:

Емкость конденсатора и максимальный ток стабилитрона

Выбирая гасящий конденсатор, лучше ориентироваться на пленочные и металлобумажные конденсаторы. Конденсаторы пленочные небольшой емкости — до 2,2 мкф на рабочее напряжение от 250 вольт хорошо работают в данных схемах при питании от сети 220 вольт. Если же вам нужна большая емкость (более 10 мкф) — лучше выбрать конденсатор на рабочее напряжение от 500 вольт.

Источник



Как рассчитать гасящий конденсатор

Нередко возникает необходимость подключения той или иной нагрузки к источнику повышенного напряжения переменного тока. К примеру, в вашем распоряжении есть паяльник на 127 В, а в розетке 220 В. Как быть? Сразу приходят мысли о понижающем трансформаторе. Хороший вариант, если трансформатор есть. А если нет? Мотать? Не стоит, гораздо проще воспользоваться конденсатором, который, как известно, имеет реактивное сопротивление и вполне сгодится в качестве гасящего резистора, поскольку будет работать в цепи переменного тока. Как рассчитать емкость такого резистора?

В качестве примера сделаем расчет для подключения все того же злосчастного 127-ми вольтового паяльника мощностью 25 Вт.

Прежде всего, находим сопротивление его нагревательного элемента. Мощность есть, напряжение есть, рассчитываем:

где: U – рабочее напряжение паяльника, В, P – номинальная мощность паяльника, Вт, Rн – сопротивление нагревательного элемента в омах.

Читайте также:  Мощные регуляторы напряжения постоянного тока

Rн = 1272/25 = 645 Ом.

Теперь нам необходимо рассчитать полное сопротивление цепи Z:

Рассчитываем ток, протекающий по цепи:

Где: P – мощность паяльника, Вт, U – рабочее напряжение паяльника, В, J- ток, протекающий через паяльник, А

J = 125/127 = 0.2 А

Теперь мы можем найти Z:

Где: U – напряжение, которое мы будем подавать на паяльник через конденсатор, В, J – ток, протекающий по цепи, А, Z – общее сопротивление цепи, Ом

Z = 220/0.2 = 1100 Ом

Теперь воспользуемся номограммой, которую можно увеличить, кликнув по изображению:

Как рассчитать гасящий конденсатор

Кликните для увеличения

По оси абсцисс откладываем найденное сопротивление обмотки паяльника и проводим вертикальную линию, параллельную оси ординат.

По наклонной оси, отображающей полное сопротивление цепи Z, откладываем найденное значение полного сопротивления цепи.

Теперь берем в руки циркуль и установив одну ножку в начало координат, проводим дугу с радиусом Z. Как только дуга пересечется с построенной ранее вертикальной линией, построение заканчиваем, а из точки пересечения проводим горизонтальную прямую, параллельную оси абсцисс. На оси ординат читаем искомую емкость гасящего конденсатора – 3.5 мкФ.

Все вышесказанное относится к построению, сделанному на номограмме жирными линиями.

В качестве дополнительного примера пунктирными линиями отмечен вариант поиска гасящего конденсатора для мостового выпрямителя, который должен отдавать в нагрузку напряжение 18 В при токе 20 мА, а питаться от сети 127 В.

Какие конденсаторы можно использовать в качестве гасящих? В первую очередь, конденсатор должен быть бумажным, к примеру, МБМ, МБГП и др. Они не имеют полярности и специально рассчитаны на работу в цепи переменного тока. Во-вторых, рабочее напряжение конденсатора должно быть не менее чем в 1.5-2 раза выше напряжения, которое нужно погасить (в случае с нашим паяльником – не менее 130 В).

Точно таким же образом можно рассчитать гасящий конденсатор и на другие напряжения и нагрузку.

Внимание! Схема не имеет гальванической развязки с сетью, и все ее элементы, включая и нагрузку, находятся под опасным для жизни напряжением!

Источник